Page 76 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 罗 贤，等： 一种新型胸部物理模型的设计及冲击响应分析 第 7 期

VC ma x 为 0.856 m/s，则略高于区间上限。这表明弹丸硬度不仅影响胸壁的绝对位移水平，而且在高冲击
速度条件下，对基于 VC x 的损伤风险评估具有更显著的放大效应。
ma

表 16 不同硬度弹丸在 2 种冲击速度下的 VC max 与 AEP-99 区间对比
VC max under different projectile hardness levels at two impact velocities
Table 16 Comparison of
with respect to the AEP-99 validation ranges
−1
−1
−1
冲击速度/(m·s ) 硬度档位 VC max /(m·s ) AEP-99区间/(m·s ) AEP-99合规性
软 0.298 [0.28, 0.32] 是（区间内）
56.0 中 0.308 [0.28, 0.32] 是（基线）
硬 0.336 [0.28, 0.32] 否（高于上限）
软 0.765 [0.78, 0.85] 否（低于下限）
86.5 中 0.803 [0.78, 0.85] 是（基线）
硬 0.856 [0.78, 0.85] 否（高于上限）

3.4 材料厚度敏感性分析
以皮肤层厚度 1 mm、软组织层厚度 15 mm、 表 17 不同层厚度变化对胸部替代模型总吸能和
肋骨层厚度 10 mm 为基准对照组，分别在保持 最大挠度的影响
其他 2 层厚度恒定的前提下，对各层厚度分别设 Table 17 Effects of layer thickness variation on total
置−20%、20% 和 40% 等 3 种厚度变化工况，通 absorbed energy and maximum deflection of
the three-layer chest surrogate model
过有限元仿真计算各工况下模型的总吸能（定义
为皮肤、软组织与肋骨层材料内能之和）和肋骨 部件 厚度变化/% 吸能总量/J 最大挠度/mm
中心最大挠度。仿真结果如表 17 所示，并通过 −20 4.088 11.4
皮肤层 20 4.298 10.9
图 13 分别展示总吸能和挠度随厚度变化的点线
40 4.426 10.7
趋势。仿真结果显示，软组织层厚度对能量吸收
−20 3.556 12.1
和 变 形 控 制 影 响 最 为 显 著 。 当 软 组 织 厚 度 由
软组织层 20 4.884 10.6
–20% 增加到+40% 时，总吸能从 3.556 J 显著提
40 5.306 9.6
升至 5.306 J，增幅约为 49%；同时，最大挠度由
−20 4.018 13.3
12.1 mm 降至 9.6 mm，表明软组织厚度的增加
肋骨层 20 4.424 10.1
能有效吸收冲击能量、缓解局部变形。回归拟
40 4.706 8.8
合结果表明，在所研究厚度范围内，软组织层厚
注：基准模型层厚度分别为 1.0 mm（皮肤层）、15 mm（软组织层）、
度与总吸能和最大挠度呈现近似线性变化趋势， 10 mm（肋骨层）。表中厚度变化为在保持其余 2 层厚度不变
软组织层厚度每增加 1%，吸能平均增加约 0.03 J， 条件下，对单一层厚度进行±20% 和+40% 扰动的分析结果。
挠度平均降低约 0.072 5 mm（基于回归斜率估
计），反映其在分散动能和抑制结构失效方面的关键作用。肋骨层厚度的变化对模型响应也有重要影
响，但作用略低于软组织。肋骨厚度由–20% 提升到+40% 时，总吸能从 4.018 J 升至 4.706 J，提升约
17%；最大挠度则由 13.3 mm 明显降至 8.8 mm，说明肋骨厚度主要提升模型的结构刚度和抗变形能力。
在本线性拟合范围内其最大挠度下降速率高于软组织，表明肋骨层在提高结构整体刚度、抑制过大变形
方面具有重要作用，从而有助于降低骨折风险，但对总能量吸收提升有限。相比之下，皮肤层厚度变化
对 2 项指标影响最小。当皮肤厚度由–20% 增加至+40% 时，总吸能仅由 4.088 J 升至 4.426 J，最大挠度
也仅略微下降，由 11.4 mm 降至 10.7 mm。回归分析表明皮肤层主要提供表面缓冲，对整体能量吸收
和结构响应调控作用有限。
综上所述，材料厚度敏感性分析揭示了 3 层胸部替代物在冲击响应中的不同作用机制：皮肤层厚度
变化对整体能量吸收和结构响应的影响有限，在本研究厚度扰动范围内（±20%～40%）可作固定参数处

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